Akışkan Yataklı Kazanların Sınıflandırılması

Akışkan yataklı kazanlar , atmosferik ve basınçlı olmak üzere iki grupta sınıflandırılabilir.Atmosferik basınç civarında çalışanlar atmosferik akışkan yataklı kazan(AAYK), 5-20atm arasında çalışanlar basınçlı akışkan yataklı kazan(BAYK) olarak adlandırılırlar.Bunun ardından ,akışkan yataklı kazanlar akışkanlaştırma koşullrına bağlı olarak da kabarcıklı (KAYK) ve dolaşımlı (DAYK) akışkan yataklı kazanlar olmak üzere ikiye ayrılır.

Kabarcıklı Akışkan Yataklı Kazanlar

Akışkan yataklı kazanlarda , yakıcıya beslenen , kırıcılardan geçirilmiş yakıt ve kireçtaşı parçacıkları,alttaki dağıtıcı plakadan geçerek yanma odasına giren ve yukarı doru akmakta olan hava akımında asılı kalırlar.Minimum akışkanlaşma koşulunu sağlayan gaz debisinin üstüne çıkıldıkça kabarcıklar ortaya çıkmaya başlar.Kabarcıkların , taneciklerin yatak içerisinde dolaşımını sağlaması ile katı taneciklerin kazan içerisinde mükemmele yakın bir şekilde karışması mümkün olur.Bu kazanlarda katı-gaz karışımının gerçekleştiği yatak bölgesi ile yukarıda bulunan serbest bölge arasında kalan yatak yüzeyi oldukça belirgindir.Yanma sonucu oluşan uçucu kül , gazala beraber sürüklenir ve nispeten daha iri parçalar siklonda , ince taneler de daha ileride bir elektrostatik ya da torba filtrede tutulur.Siklonda tutulan uçucu külün , gerekli görüldüğünde yatak bölgesine tekrar beslenmesiyle , yanma ve kükürt verimlerinin artması sağlanır. Kabarcıklı akışkan yataklı kazanlarda , kazan borularının bir bölümü yanmanın gerçekleştiği yatak bölgesinin içine yerleştirilerek 800-900⁰C civarında sabit sıcaklık sağlanır.Kazanın diğer bölümlerinde uygun yerlere de baca gazlarının ısısından maximum seviyede istifade edilecek şekilde kazan boruları yerleştirilir.Kabarcıklı akışkan yataklı kazanlar özellikle yüksek kapasitelerde uygulanmazken ,dolaşımlı sistemler tercih edilmektedir.

Dolaşımlı Akışkan Yataklı Kazanlar

Temsili bir akım şeması verilen dolaşımlı akışkan yataklı kazanlarda ,küçük tanecik boyutu ve yüksek gaz hızları sebebiyle yatak ve serbest bölge ayırımı belirgin bir şekilde yapılamaz.Bir başka deyişle , gaz hızları kabarcıklı sistemlerdekinin (~2m/s) 2-3 katı daha fazla olduğu için , parçacıkları rahatlıkla sürükleyerek , tanecik yoğun ve seyrek bölgeleri ayıran belirli bir yüzeyin oluşmasını engellenir.Bu sistemlerde . yanma havasını kademeli olarak beslenmesiyle yanmanın tüm kazan boyunca sürmesi sağlanır.En altta giren hava miktarı toplam havanın %60-%75’ini oluştururken , geri kalan hava daha yukarı seviyelerden ikincil hava olarak sisteme verilir.Yanma 840-900⁰C ‘de gerçekleşirken, ince tanecikler (<450 mikron) 4- 6 m/s yanma gazı hızıyla yakıcının dışına taşınırlar.Bu parçacıklar genelde yanma odası çıkışına yerleştirilen siklon tarafından tutularak yanma odasına geri gönderilir.Böylece dolaşım gerçekleşmiş olur.Parçacık dolaşımı ,parçacıkların ısısından maximum yararlanılarak yakıcı duvarlarına verimli ısı transferini ve kazanı terk eden parçacıkların geri dönmesi ile kömüre yanma , kireç taşına da kükürt tutması için yakıcı içinde daha uzun süre kalmasını sağlar.Ayrıca, geri döndürülen parçacık debisinin yanma gazı debisinden çok daha yüksek olması , yanma odası sıcaklığının stabil kalmasını sağlar.Yatağın içine yerleştirilmiş kazan boruları bulunmayan bu sistemlerde borular yanma odasının duvarlarına ve gaz yolu üzerine yerleştirilir. Kazan duvarlarındaki borular gereken ısıyı sistemden alırken , sıcaklığın da belirtilen düzeyde kalması sağlanır. Dolaşımlı akışkan yataklı kazanlarda kullanılan kireç taşı boyutu daha küçük olduğu için , birim ağırlık başına kireç taşı yüzey alanının artması, kükürt dioksit- kireç taşı reaksiyonun da hızını artırır.Bu durum, kömürün yapısında bulunan birim kükürt karşılığında sisteme beslenmesi gereken kireç taşı miktarını düşürmektedir.Bir başka deyişle ,Ca/S molar aranı, teorik limit olan 1’e yakındır ki, bu değere en çok yaklaşan akışkan yatak tipi, dolaşımlı sistemlerdir. Akışkan yataklı kazanların teknolojisi gereği, hem kabarcıklı hem de dolaşımlı sistemlerde yakıt bünyesindeki kükürtün çok büyük bir bölümü yatakta kireç taşı ile reaksiyona girerek tutulmuş olduğundan, baca gazlarının kükürt içeriği düşüktür.Yatakta dolaşan gazların kükürtten arındırılmış olması , düşük sıcaklıkta korozyon tehlikesini ortadan kaldırarak, kazan çıkışında baca gazı sıcaklığının diğer tip kazanlara göre daha düşük seçilebilmesini , bu da baca gazı ısısından en yüksek oranda yararlanılabilmesini sağlar.Bu durum akışkan yataklı kazanların verimini artırır. Dolaşımlı sistemlerin bir başka avantajı da kademeli hava beslemesi sayesinde yakıt kaynaklı azot oksit oluşumunun kabarcıklı sistemlere göre daha az oluşudur. Yanma için gerekli havanın tamamının alttan beslenmeyişi, yatak bölgesinde indirgeyen atmosfer oluşmasını ve yakıt bazlı azotun atmosferik azota indirgenmesini sağlamaktır.Dolayısıyla, yüksek ısıdan kaynaklanan azot oksit oluşumunun da çok düşük olduğu dolaşımlı akışkan yataklı kazanlarda, konvansiyonel sistemlerde bulunan herhangi bir ek tesis olmaksızın 200mg/Nm³’den daha az azot oksit emisyonları elde edilebilmektedir.

Basınçlı Akışkan Yataklı Kazanlar

Basınçlı akışkanlı kazanlarda kömür, 5 atm ile 20 atm aralıında bir basınç altında yandığı için buhar üretiminin yanı sıra , gaz türbinlerine beslenebilecek basınca sahip yanma gazı elde edilir.Proses buharı ve buhar türbinlerinden elektrik eldesine ek olarak, gaz türbinlerinden de elektrik elde ediliyor olması basınçlı sistemleri atmosferik çalışan akışkan yataklara göre daha verimli kılar.Ancak basınçlı sistemlerde sıcak gazın temizlenmesi çok önemli bir noktadır ki, eğer kazanı terk eden sıcak gaz , siklonlar ve filtreler aracılığıyla parçacıklardan iyice arındırılmazsa ve korozyona yol açan gaz bulunduruyorsa, gaz türbinin kanatlarının zarar görmesi kaçınılmazdır.Bu sebeple sıcak gazların temizlenmesi üzerine yapılan araştırmalar, verimi yüksek bu tesisleri sorunsuzca uygulanabilir kılmak adına büyük önem teşkil etmektedir.Basınç altında reaksiyonların gerçekleşiyor olması yanmaya olumlu etki ederken kükürt tutma verimini de artırır.Hem kabarcıklı hem de dolaşımlı sistemler basınçlı olarak tasarlanabilse de daha yayagın olan kabarcıklı akışkan yatakların 100MWe kapasiteli basıçlı uygulamaları mevcuttur.Bsınçlı dolaşımlı akışkan yataklar ise geliştirme amacıyla kurulmuş 130 MWe gücünü bulan üniteler üzerinde yapılan çalışmalarla uygulamaya geçirilmeye çalışılmaktadır.

Türkiye’de Akışkan Yataklı Kazan Teknolojisi

Bu teknolojinin birçok ülkede başarı ile uygulandığı dikkate alındığında, ülkemiz linyitlerinin değerlendirilmesi ve doğal gaza yüksek oranda bağımlı kalmamak adına akışkan yataklı kazan teknolojisinin ülkemiz linyitlerine ivedilikle adaptasyonunun gerektiği ortaya çıkmaktadır. Bu gereksinimden hareketle, 1975 yılında akışkan yataklı kazanların modellenmesi ile başlayan ve 1984 yılından bu yana pilot ölçekte deney ve tasarım geliştirme çalışmalarıyla devam eden araştırmalar,Orta Doğu Teknik Üniversitesi tarafından, Kanada Uluslararası Teknoloji Geliştirme Ajansı’nın (CIDA) mail desteği ile yürütülmüş ve 0.3 MWt akışkan yataklı yakıcı test ünitesinin kurulmasıyla Türk linyitleri için ‘know-how’ geliştirmeye yönelik önemli bir adıma dönüşmüştür. 1984 yılından günümüze Prof.Dr.Nevin Selçuk başkanlığında ODTÜ’de yürütülen çalışmalar, Türk linyitleri için akışkan yatakta yakma teknolojisinin ticari boyuta geçirilmesi sağlanmıştır.Modüler ve esnek yapısından dolayı 0.3MW’ lık test ünitesi, gerek buhar kazanı ve gerekse de sıcak gaz üretici tasarımlarının yapılmasına olanak vermektedir. Örnek olarak, bu test ünitesindeki çalışmalarla desteklenerek Türk linyitlerine göre tasarlanmış olan akışkan yataklı kazan teknolojisine dayalı Alkim Kojenerasyon Santralı, Alkim Alkali Kimya A.Ş tarafından kendi finansman kaynaklarıyla tesis edilerek 2000 yılında işletmeye alınmış olup, halen başarılı bir şekilde çalışılmaktadır. Ayrıca, Dilovası bölgesinde Çolakoğlu A.Ş’ ye ait 2x80MWe gücünde Dolaşımlı Akışkan Yataklı tesis çalışmakta olup,2003 yılı içinde işletme kabülünün yapılması planlanmış olan 2x160 MWe gücündeki Çan Termik Santrali’nin devreye alma çalışmaları devam etmektedir.Elektrik üretecek bu santral ,16 MWe kapasiteli iki adet dolaşımlı akışkan yataklı kazandan oluşmaktadır.Yine aynı bölgede, demir çelik sektörünün önde gelen firmalardan İÇDAŞ A.Ş’nin Biga yakınlarındaki tesislerinde ,otoprodüktör statüsünde faaliyet gösterecek dolaşımlı akışkan yataklı kazana dayalı elektrik santralinin inşaatına devam edilmektedir.

Türkiye’de Kömüre Dayalı Santrallar

Akışkan yataklı kazanların belirtilen bütün avantajlarına rağmen , Çan termik santralı dışında Türkiye’deki bütün linyit santrallari pülverize kömür teknolojisine dayanır.Ancak, ülkemizde bu sistemlerin çalıştırılması, tasarım sıcaklığının(1200-1500⁰C) linyit kül erime sıcaklığının üzerinde olmasından dolayı , işletme sıcaklığının tasarım değerinin altına düşürülmesiyle mümkün olmaktadır ki, bu önlem verimin düşmesi anlamına gelmektedir.Mikron boyutunda ki kül tanecikleri birbirinden farklı bileşime ve dolayısıyla da farklı erime sıcaklığına sahip oldukları için , bu önlem bile külün eriyerek zaman içinde ısıtıcı paketleri üzerinde birikip kazan ısıl veriminde büyük düşüşlere sebep olmasını engelleyememektedir.Gün geçtikçe gaz emisyon limitlerinin bir sonucu olarak pülverize kömür tesisleri artık baca gazı desülfürizasyon (BGD) üniteleri ile birlikte inşa edilmekte , eski tesislere de bu üniteler sonradan ilave edilmektedir.Ek mali yük getiren bu tesislerin en büyük sorunu ise , fazla miktarda sulu katı atıktır.

Buhar Kazanı yazısına buradan ulaşabilirsiniz.

Bir önceki yazımız olan GAZ YAKITLAR başlıklı makalemizi de okumanızı öneririz.